C++学习笔记---015
- C++之deque和priority_queue的应用
- 1、deque的简单介绍
- 2、deque的简单接口应用
- 3、deque的模拟实现
- 4、priority_queue的简单介绍
- 5、priority_queue的应用
- 6、priority_queue的模拟实现
- 7、小结
C++之deque和priority_queue的应用
前言：
前面篇章学习了C++对于各个容器的基本使用以及常用接口的认识，接下来继续学习，C++的priority_queue的基本使用等知识。
/知识点汇总/
1、deque的简单介绍
Deque（双端队列）是一种具有队列和栈性质的数据结构，其特点在于允许元素从两端弹出。
Deque在C++的标准模板库（STL）中，提供了高效的随机访问、高效的头部和尾部插入/删除操作，是一种非常实用的容器。其底层使用动态数组实现，支持高效的随机访问。
同时，Deque内部采用了一种分段的数据结构，使得在头部和尾部进行插入和删除操作时具有高效性能。
但需要注意的是，Deque的元素在内存中不是连续存储的，每个分段内的元素是连续存储的。
底层查找逻辑：
找到第i个值
1.如果第一个buff不满，i-=第一个buff的数据个数，再走下面的运算；
2.如果第一个buff满的，那么直接走下面的运算；
运算：
a、在第几个buff–> i/N
b、在这个buff的第几个—>i%N
2、deque的简单接口应用
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include <queue>
#include <algorithm>
using namespace std;
void test_deque1()
{
//模板
bit::deque<int> dt;
dt.push(1);
dt.push(2);
dt.push(3);
while (!dt.empty())
{
cout << dt.front() << " ";
dt.pop();
}
cout << endl;
}
//[]的运用相较vector和list较慢。
void test_sort()
{
srand((unsigned int)time(0));
const int N = 100000;
std::deque<int> dp;
vector<int> v;
for (int i = 0; i < N; i++)
{
auto e = rand() + 1;
v.push_back(e);
dp.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
sort(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
sort(dp.begin(), dp.end());
int end2 = clock();
printf("vector: %d\n", end1 - begin1);
printf("deque: %d\n", end2 - begin2);
}
int main()
{
//test_deque1();
test_sort();
return 0;
}
3、deque的模拟实现
namespace bite
{
template<class T, class Container = list<T>>
class deque
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
T& back()
{
return _con.back();
}
const T& back() const
{
return _con.back();
}
T& front()
{
return _con.front();
}
const T& front() const
{
return _con.front();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;
};
}
4、priority_queue的简单介绍
priority_queue（优先队列）是一种数据结构，其内部实现通常基于二叉堆。
在优先队列中，元素的优先级被明确定义，队首元素始终是当前队列中优先级最高的元素。
在任何时候向优先队列中添加元素（push），底层的数据结构堆（heap）会随时调整结构，以确保队首元素始终具有最高优先级。
在C++中，priority_queue是STL（Standard Template Library）提供的一个容器适配器，用于实现优先队列。它允许在底部添加元素、在顶部删除元素，并支持高效的插入和删除操作，其时间复杂度为O(log n)，其中n是容器中的元素数量。
仿函数：
仿函数（Functors）或函数对象（Function Objects）是C++中一种特殊的类，它们被设计为像函数那样被调用，但实际上它们是对象。仿函数通常重载了operator()，这使得它们可以像函数那样使用圆括号和参数进行调用。
5、priority_queue的应用
void test_priority_queue1()
{
priority_queue<int> pq;
pq.push(1);
pq.push(4);
pq.push(3);
pq.push(2);
pq.push(5);
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
cout << endl;
}
//默认是大堆，那么需要小堆怎么处理呢？ --- 仿函数greater
void test_priority_queue2()
{
priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> pq;
pq.push(1);
pq.push(4);
pq.push(3);
pq.push(2);
pq.push(5);
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
cout << endl;
vector<int> v = { 3,1,2,4,5,1,5,8,9 };
sort(v.begin(), v.end());//默认为升序
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//仿函数
//greater<int> gt;
//sort(v.begin(), v.end(), gt);//输出为降序
//通常用匿名对象greater<int>()
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
//仿函数 -- 日期类
//日期类
class Date
{
public:
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
//仿函数控制比较逻辑，控制如何比较
class GreaterPDate
{
public:
bool operator()(const Date* p1, const Date* p2)
{
return *p1 > *p2;
}
};
void test_greator_Date()
{
//bit3::priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> pqdate;
bit3::priority_queue<Date, vector<Date>> pqdate;
Date d1(2024, 4, 8);
pqdate.push(d1);//有名对象
pqdate.push(Date(2024,4,10));//匿名对象
pqdate.push({2024,4,15});//隐式类型转换 --- 会生成临时对象，让临时对象走构造
while (!pqdate.empty())
{
cout << pqdate.top() << " ";
pqdate.pop();
}
cout << endl;
//注意对Date*的引用 -- 本质是比较的地址，地址new开辟是随机的，所以不能直接比较大小
//所以可以用特定的仿函数解决
//且注意：不能对内置类型进行重载
bit3::priority_queue<Date*, vector<Date*>, GreaterPDate> pqptr;
pqptr.push(new Date(2024, 4, 14));
pqptr.push(new Date(2024, 4, 11));
pqptr.push(new Date(2024, 4, 18));
while (!pqptr.empty())
{
cout << *(pqptr.top()) << " ";
pqptr.pop();
}
cout << endl;
}
6、priority_queue的模拟实现
namespace bit3
{
//仿函数
template<class T>
class Less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template<class T>
class greator
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
template<class T, class Container = vector<T>, class Copmpare = Less<T>>//默认Less大堆
class priority_queue
{
public:
void Adjust_up(size_t child)
{
Copmpare cmp;
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)//孩子到根·就结束
{
//if (_con[child] > _con[parent])
//if (_con[parent] < _con[child])
if (cmp(_con[parent], _con[child]))//仿函数的应用
{
swap(_con[child], _con[parent]);
//更新父子的位置
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else//遇见child < parent时跳出
{
break;
}
}
}
//尾插 + 向上调整
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
Adjust_up(_con.size() - 1);
}
void Adjust_down(size_t parent)
{
Copmpare cmp;
size_t child = parent * 2 + 1;//左孩子
while (child < _con.size())
{
//if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child])
//if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1])
if (child + 1 < _con.size() && cmp(_con[child], _con[child + 1]))
{
++child;
}
//if (_con[child] > _con[parent])
//if (_con[parent] < _con[child])
if (cmp(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[child], _con[parent]);
//更新父子的位置
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
//首尾交换 + 尾删 + 向下调整
void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
Adjust_down(0);
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
private:
Container _con;
};
}
7、小结
vector
优点：支持下标的随机访问
缺点：头部或中间的插入效率低，扩容存在消耗
list
优点：任意位置的插入删除效率都不错
缺点：不支持下标的访问
deque
优点：头插尾插效率高
缺点：中间插入效率较低(涉及整体挪动buffer还是局部挪动buffer),其次，[]的运用不够极致优化
所以deque兼容了两个的优点功能。
那么deque肯定比list和vector更好？
其实不然，具体场景具体的应用，其次数据结构教科书，为什么不直接学queue呢。
所以，本质上，queue是通过许多个buff数组和中控指针数组构成的。
priority_queue
在需要按照优先级处理元素的场景中表现出色，尤其是在需要频繁地插入和删除元素的情况下。它的高效性主要来自于其内部实现的堆结构，这种结构使得插入和删除操作的时间复杂度保持在对数级别。
